一种非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置
阅读说明：本技术 一种非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置 (Non-conductive mud is along with boring resistivity formation of image measuring device ) 是由 张卫 李新 倪卫宁 曾义金 米金泰 闫立鹏 于 2018-07-25 设计创作，主要内容包括：一种非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置,包括：多个信号发射部,用于向地层输出测量电流信号；信号测量部,用于对地层回流的电流进行采集,得到电流检测数据；控制电路,其与信号测量部和各个信号发射部连接,用于控制信号发射部生成并输出相应的测量电流信号,还用于根据接收到的信号测量部所传输来的电流检测数据确定地层的地层电阻率；其中,多个信号发射部沿钻铤轴向对称分布在信号测量部的两侧。本装置将高频电磁波激励通过感应耦合方式穿过非导电泥浆传输到地层,将非导电泥浆与地层等效为一电容电阻形成的电路,本装置能够适用于采用油基泥浆等导电性较差的条件下的地层电阻率检测,其能够为地质导向和后期开发提供井筒高清图像。(A non-conductive mud resistivity imaging while drilling measuring device comprises: a plurality of signal emitting sections for outputting a measure current signal to the formation; the signal measuring part is used for collecting the current of the formation backflow to obtain current detection data; the control circuit is connected with the signal measuring part and each signal transmitting part, is used for controlling the signal transmitting part to generate and output a corresponding measuring current signal, and is also used for determining the formation resistivity of the formation according to the received current detection data transmitted by the signal measuring part; wherein, a plurality of signal transmitting parts are symmetrically distributed on two sides of the signal measuring part along the axial direction of the drill collar. The device excites high-frequency electromagnetic waves and penetrates non-conductive mud to be transmitted to the stratum in an inductive coupling mode, the non-conductive mud and the stratum are equivalent to a circuit formed by a capacitance resistor, the device can be suitable for formation resistivity detection under the condition of poor conductivity such as oil-based mud, and the like, and can provide shaft high-definition images for geological guidance and later development.)
技术领域
本发明涉及石油勘探开发技术领域，具体地说，涉及一种随钻电阻率测量装置，尤其涉及一种非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置。
背景技术
现代石油钻井和生产作业需要大量地下井况与地层相关信息，井筒信息的探测主要有电缆和随钻两种方式。
电缆测井会在完成部分或全部钻井任务之后将探测器下放到井眼中，以此来确定井眼穿过的地层特性。测井电缆不但为探测器提供电力，还是探测器与地面之间传输数据和控制信号的通道。工作时，测井电缆会在上提探测器的同时，利用探测器按深度位置测量地层的多种性质。电缆测井仪由于需要靠自身的重力下放到井中，因此其只能工作在垂直井或近似垂直井中，这样也就使得电缆测井仪对井眼的狗腿度要求较高。一旦井眼斜度较大，电缆测井仪便不能继续下放，这样也就限制了电缆测井的工作范围。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置，包括：
多个信号发射部，用于向地层输出测量电流信号；
信号测量部，用于对所述地层回流的电流进行采集，得到电流检测数据；
控制电路，其与所述信号测量部和各个信号发射部连接，用于控制所述信号发射部生成并输出相应的测量电流信号，还用于根据接收到的所述信号测量部所传输来的电流检测数据确定所述地层的地层电阻率；
其中，所述多个信号发射部沿钻铤轴向对称分布在所述信号测量部的两侧。
根据本发明的一个实施例，所述信号测量部包括：
信号测量电极组件，其设置在分布于所述钻铤外壁的第一凹槽中，所述第一凹槽包括第一凹槽组成部以及第二凹槽组成部，所述第一凹槽组成部较所述第二凹槽组成部更加靠近所述钻铤外壁且其内径大于所述第二凹槽组成部的内径。
根据本发明的一个实施例，所述钻铤外壁沿周向方向均匀分布有多个第一凹槽，各个第一凹槽中均设置有信号测量电极组件。
根据本发明的一个实施例，所述信号测量电极组件包括：电极外壳、测量电极和绝缘带，其中，
所述绝缘带设置在所述电极外壳与测量电极之间，用于对所述电极外壳与测量电极进行电隔离；
所述电极外壳设置在所述第一凹槽内并且其下端延伸到所述第二凹槽组成部中。
根据本发明的一个实施例，所述信号接收组件包括测量电极和绝缘带，其中，
所述绝缘带设置在所述第一凹槽内并且其下端延伸到所述第二凹槽组成部中；
所述测量电极设置在所述绝缘带中且与所述绝缘带紧密贴合。
根据本发明的一个实施例，所述第一凹槽组成部中设置有用于限定所述信号测量电极组件的测量电极固定件，所述测量电极固定件上形成有圆孔以使得所述测量电极与外界连通。
根据本发明的一个实施例，所述测量电极固定件形成有径向突出部，所述径向突出部沿所述测量电极组件的径向向所述测量电极组件的中心延伸。
根据本发明的一个实施例，所述装置包括多个信号测量电极组件，这些信号测量电极组件沿所述钻铤的周向均匀分布。
根据本发明的一个实施例，所述信号测量部还包括：
数据采集电路，其与所述信号测量电极组件电连接，用于对所述信号测量电极组件所传输来的电信号进行处理及数据采集，从而得到电流检测数据。
根据本发明的一个实施例，所述装置还包括：
电子线路筒，其设置于所述钻铤内腔中，所述电子线路筒的中心设置有用于输送钻井液的流道，其外壁与所述钻铤内壁配合地形成密封的电子仓，所述数据采集电路设置在所述电子仓中。
根据本发明的一个实施例，所述信号发射部包括：
发射线圈，其设置在所述钻铤外壁所形成的发射线圈凹槽中，用于向所述地层输出测量电流信号；
线圈保护罩，其用于遮盖所述发射线圈凹槽，以实现对所述发射线圈的保护。
根据本发明的一个实施例，所述线圈保护罩包括沿钻铤轴向紧邻设置的结构强度保护罩和绝缘保护带，其中，所述绝缘保护带设置在远离所述信号测量部的一侧。
现有技术不能满足在不导电泥浆、油基泥浆条件下的随钻地层成像(例如地层电阻率的测量)的需求，本发明所提供的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置基于电容耦合原理来进行地层电阻率的测量。本装置将高频电磁波激励通过感应耦合方式穿过非导电泥浆传输到地层，将非导电泥浆与地层等效为一电容电阻形成的电路，同时探测求取得到结果后再分离得到地层电阻率，从而实现电阻率精确测量。相较于现有技术，本发明所提供的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置能够适用于采用油基泥浆等导电性较差的条件下的地层电阻率检测，其能够为地质导向和后期开发提供井筒高清图像。
同时，该非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置中测量电极的封装方式能够进一步提高装置的可靠性，同时信号发射部利用线圈保护罩改善了封装外层的应力特性，有助于提高仪器的可靠性。
此外，信号发射部相对于信号测量部的对称分布方式使得信号发射部内的两个发射电极(即发射线圈)同时、反相发射信号时，钻铤上的电流将会从两个发射电极的正中心及其附近向外侧地层辐射，整个钻铤外壁成等电势，这样也就起到天然聚焦的作用。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：
图1是根据本发明一个实施例的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置的电路原理示意图；
图3是根据本发明一个实施例的非导电泥浆与地层一体化电路模型示意图；
图4是根据本发明另一个实施例的非导电泥浆与地层一体化电路模型示意图
图5是根据本发明一个实施例的测量回路的总阻抗等效图；
图6是根据本发明一个实施例的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置的机械结构示意图；
图7是根据本发明一个实施例的测量电极组件的结构示意图；
图8是根据本发明另一个实施例的测量电极组件的结构示意图；
图9是根据本发明再一个实施例的测量电极组件的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。
随钻测井在钻井作业的同时会采集地层信息、处理数据并实时或近似实时地将数据传输到地面，从而帮助及时分析井下地层情况、调节钻井参数、优化钻井作业，进而使得地质导向钻井实现最大储层钻遇率，通过大大提高井眼与地层的基础面积来提高产量。由于随钻测井的数据采集以及测量是在钻井的同时进行的，此时地层侵入还不明显，因此可以增加数据的准确性。随钻测井可用于大斜度井和水平井，还能大大节省钻机时间。
在随钻测井中，利用地层电阻率差异进行地层或油藏识别的方法叫做电阻率测井方法。随钻高分辨率电阻率测井能够在钻井的同时获得井筒的微观结构信息，不但能够帮助进行最优钻井，还能够通过图像来识别地层倾角、裂缝，从而识别井漏并为后期压裂提供有益指导。常规的随钻高分辨率电阻率均采用“侧向方法”进行测量，即采用低频或直流电场在地层和仪器之间建立电流通道，以此来检测地层电阻率。
在钻井的过程中要采用钻井液(泥浆)，钻井液(泥浆)的作用主要包括：(1)冷却钻头；(2)保持井内压力略大于地层压力，防止井喷；(3)将钻头破碎的岩石碎屑通过钻具与地层间的空间带回地面等。
按照导电性，泥浆可分为两种：水基泥浆和油基泥浆。在某些条件下，尤其是新兴的非常规页岩气藏中，由于页岩气层的主要地层为泥岩，而泥岩中的粘土物质对水敏感(遇水膨胀)，因此如果使用水基泥浆的话将会造成井筒尺寸变化，进而对钻井安全产生威胁，因此对于页岩气层藏必须采用油基泥浆进行钻井作业。
然而，水基泥浆导电性好，油基泥浆导电性差甚至不导电。现有随钻地层电阻率成像技术主要为适应水基泥浆类型而设计(例如专利US6359438B1、US5339037、CN201410759458.5)。而现有油基泥浆成像技术主要为电缆式测井方式(例如US6714014B2)，其不能直接应用与随钻测井作业。
针对现有技术无法满足在不导电泥浆、油基泥浆等条件下随钻地层成像困难的问题，本发明提供了一种新的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置，该装置基于电容耦合的原理来对待分析地层的电阻率进行检测。
图1示出了本实施例所提供的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置的结构示意图。
如图1所示，本实施例所提供的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置优选地包括：信号测量部101、第一信号发射部102a、第二信号发射部102b以及控制电路103。其中，第一信号发射部102a与第二信号发射部102b均与控制电路103连接，第一信号发射部102a与第二信号发射部102b能够在控制电路103的控制下生成并输出相应的测量电流信号，并将该测量电流信号传输到地层。
信号测量部101与控制电路103连接，其用于对地层回流的电流进行采集，得到电流检测数据，并将上述电流检测数据传输至与之电连接的控制电路103，以由控制电路103来根据信号测量部101所传输来的电流检测数据确定地层的地层电阻率，从而实现随钻电阻率成像测量。
本实施例中，第一信号发射部102a和第二信号发射部102b优选地沿钻铤轴向对称分布在信号测量部101的两侧。需要指出的是，在本发明的其他实施例中，该非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置所包含的信号发射部的数量还可以多于两个(例如4个或6个等)，其中，这些信号发射部优选地成对出现并对称分布在信号测量部两侧。
图2示出了该非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置的电路结构示意图。
如图2所示，本实施例中，该装置的控制电路103优选地包括发射控制单元201和电阻率测量单元202。其中，发射控制单元201与发射驱动电路203连接，同时发射驱动电路203还通过相应的调制器(例如第一调制器204a和第二调制器204b)与各个信号发射部(例如第一信号发射部102a和第二信号发射部102b)连接。发射驱动电路203和调制器能够对发射控制单元201所传输来的信号进行处理后再传输至各个信号发射部，从而控制各个信号发射部输出相应的测量电流信号。
具体地，本实施例中，发射驱动电路203优选地包括带通滤波器和功率放大器。带通滤波器与发射控制单元201连接，其用于对发射控制单元201所发送来的信号(即发射控制信号)进行带通滤波并将滤波后的信号传输至与之连接的功率放大器，以由功率放大器对该信号进行功率放大。调制器能够将发射驱动电路203所传输来的信号进行调制(例如调整工作频率、带宽以及增加发射功率等)，并将调制后的信号传输至相应的信号发射部。
各个信号发射部分别与各个调制器对应连接，其能够根据调制器所传输来的信号生成测量电流并传输至地层。具体地，本实施例中，信号发射部优选地包括发射线圈。在工作过程中，发射线圈作为主线圈，地层和钻铤组成次级线圈，基于变压器原理，发射线圈也就可以将电流加载到次级线圈上，从而使得测量电流信号进入地层。
如图2所示，本实施例中，信号测量部101优选地包括多个测量电极组件(例如第一测量电极组件205a、第二测量电极组件205b以及第三测量电极组件205c)以及数据采集电路206。这些测量电极组件优选地分别设置在钻井外壁凸出的稳定器上，其能够对流经自身的电流进行检测(例如对通过自身流入地层的电流或由地层流入自身的电流进行检测)。
信号测量部101所包含的多个测量电极组件优选地沿钻井的周向均匀分布，即对于本实施例来说，第一测量电极组件205a、第二测量电极组件205b以及第三测量电极组件205c与其相邻的测量电极组件的夹角均为120度。
当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，信号测量部101所包含的测量电极组件的数量还可以为其他合理值(例如1个、2个或多于3个等)，同时，测量电极组件的分布方式还可以采用其他合理方式，本发明不限于此。
需要指出的是，如果非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置仅包含1个测量电极组件，那么在工作过程中则需要仪器在旋转钻井的条件下转到井眼的不同角度，以此在不同角度上测量1次或多次，最终得到整个井眼360度范围的全井眼信息。其中，探测的角度分辨率越高，那么则要求单次测量时间越短，对采集测量系统的要求也就越高。
而如果非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置包含多个测量电极组件，那么该装置则可以进行不同测量电极组件在相同角度测量到数据的叠加，这样有助于提高信噪比并增加周向的分辨率效果。此外，当非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置包含多个测量电极组件时，即使在仪器不转动的时候，该装置也可以获得多个方向的地层信息，进而帮助测量不同角度上的地层电阻率，此时该装置的适应性更强。
本实施例中，数据采集电路206优选地包括多个前置放大滤波电路(对应于测量电极组件的数量，数据采集电路206包括第一前置放大滤波电路207a、第二前置放大滤波电路207b以及第三前置放大滤波电路207c)、模拟信号多路选择器208以及检波采集电路209。
其中，第一前置放大滤波电路207a、第二前置放大滤波电路207b以及第三前置放大滤波电路207c分别与第一测量电极组件205a、第二测量电极组件205b以及第三测量电极组件205c对应连接。模拟信号多路选择器208包括三个信号输入端和一个信号输出端，其中，这三个信号输入端分别与第一前置放大滤波电路207a、第二前置放大滤波电路207b以及第三前置放大滤波电路207c的输出端口连接，模拟信号多路选择器208的输出端与检波采集电路209连接。检波采集电路209能够对模拟信号多路选择器208所传输来的模拟信号进行数据采集，并将得到的电流检测数据传输至与之连接的电阻率测量单元202，以由电阻率测量单元202根据上述电流检测数据来确定出地层的地层电阻率。
图3所示为非导电泥浆与地层一体化电路模型。电容耦合是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式，又称静电耦合或电场耦合。不接触的前后两级电路(或两个单元电路)之间可以看作串接一耦合电容，由于电容具有通交流、阻直流的作用，因此交流信号可以通过电容耦合方式从前级电路非接触地传输到后级电路，电容耦合原理也就可应用于非接触电导测量技术。
在油基钻井液下的测井模型中，当地层电导率很低(例如10-6～10-5S/m)时，地层等效容抗实际上不能忽略，因此本发明提供了一种更加准确的等价测井模型，即如图3的并联模型。
如图3所示，在等价测井并联模型中，地层由等效电阻R和电容Xc表示，二者并联。而油基钻井液主要起电容作用，其用电容Xc′表示，电容Xc′与代表地层的电路模型串联。直流电较难通过油基钻井液，而利用图3电路网络模型，交流电在一定的频率下(例如4KHz～100KHz)则可以进入地层产生电场。因此，本实施例中，电阻率测量单元202优选地控制信号发射部输出输出交流电，电阻率测量单元202则可以利用如图3所示的油基钻井液下的测井模型，通过联合测量求解三个参数来确定地层等效电阻。在得到地层等效电阻后，电阻率测量单元202便可以通过刻度转换来得到待分析地层的地层电阻率。
发明人对上述原理进行了验证，研究测试结果显示，当地层电导率介于10-4～10- 2S/m范围内时，钻井液等效电容几乎不变，地层电阻与单独计算时的结果偏差不大，测井结果较理想。
当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，电阻率测量单元202还可以采用其他合理方式来确定待分析地层的地层电阻率，本发明不限于此。
例如，在本发明的一个实施例中，电阻率测量单元202还可以采用如图4所示的模型来确定待分析地层的地层电阻率。对于图4所示的模型来说，由于第一信号发射部102a和第二信号发射部102b对称分布在信号测量组件101的两侧，因此信号测量组件101与地层之间的电流线沿井轴径向呈饼状。
地层的杂散电容(包括对应于第一信号发射部102a的杂散电容C1、对应于信号测量组件101的杂散电容C2和对应于第二信号发射部102b的杂散电容C3)，测量回路的总阻抗可以等效为图5所示的电路形式。
根据图5可以看出，对于测量回路的总阻抗Z，存在：
其中，R表示地层电阻率。
表达式(1)可以简化为：
其中，
这样，地层电阻率R也就可以根据如下表达式计算得到：
其中，U表示信号发射部处的电压，i表示信号测量部所测得的电流的幅值，φ表示信号测量部所测得的电流的相位。
再次如图2所示，本实施例中，该非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置还包括工具面传感器210和工具面检测单元211。其中，可选地，工具面检测单元211可以集成在控制电路103中。工具面传感器210优选地采用正交磁通门传感器来实现，工具面检测单元211能够根据工具面传感器210所传输来的信号确定信号测量电极组件所对应的方位。
具体地，本实施例中，如果信号测量部包含多个信号测量电极组件，那么工具面检测单元211可以先确定其中某一信号测量电极组件的方位，随后再根据多个信号测量电极组件之间的相对角度来确定出其他各个信号测量电极组件的方位。
本实施例中，该非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置优选地还包括数据存储电路212，数据存储电路212与控制电路103连接。由于控制电路103所生成的数据的数据量较大，考虑到井下与地面之间的数据传输效率，本实施例中，控制电路103会将自身生成的电阻率数据传输至数据存储电路212，以由数据存储电路212进行存储。
根据实际需要，本实施例中，该非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置还可以包含通信电路213。通信电路213与控制电路103连接，其能够实现控制电路103与其他外部设备(例如地面设备)之间的数据通信。
信号测量部以及电阻率测量单元是为了测得电阻率数据，而工具面传感器以及工具面检测单元则是为了获得角度坐标，将电阻率数据按角度坐标成图，便可以得到图像展布。
高分辨率的图像检测对于与信号测量电极组件连接的数据采集电路(实际采集的是电流或电压)以及工具面检测模块(包括工具面传感器以及工具面检测单元)的测量速度都提出了较高要求。
当仪器转动越快时，给予数据采集电路以及工具面检测模块的数据采集时间也就越短。例如，当仪器转速为120转/分钟(rpm)时，如果要达到128扇区的分辨率，那么电阻率采集以及工具面检测的时间之和需要不大于0.0039秒。
图6示出了本实施例所提供的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置的机械结构示意图。
如图6所示，本实施例中，非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置的第一信号发射部102a和第二信号发射部102b优选地设置在整个随钻测量装置靠近两端的位置处，具体地，第一信号发射部102a和第二信号发射部102b对称地分布在信号测量部101的两侧，第一信号发射部102a和第二信号发射部102b这种分布方式能够形成较好的电流聚焦效果，从而使得信号测量部101与地层之间的电流线沿井轴径向呈饼状，从而有助于提高探测深度和探测精度。
第一信号发射部102a与第二信号发射部102b的对称分布方式使得这两个信号发射部内的两个发射电极同时、反相发射信号时，钻铤上的电流将会从两个发射电极的正中心及其附近向外侧地层辐射，整个钻铤外壁成等电势，这样也就起到天然聚焦的作用。在遇到高阻或低阻夹层时，控制电路还可以通过检测单个发射电极上的发射功率来判断电阻异常层位，进而自动调节和平衡发射功率，从而更好地向地层辐射功率，使得测量电流能够更深地进入高阻或低阻夹层，这样也就有助于提高探测深度和探测分辨率。
需要指出的是，本实施例中，根据实际需要，第一信号发射部102a与第二信号发射部102b还可以根据实际需要将其中一个作为发射端而另一个作为接收端，从而组成一对侧向测量电极，二者能够配合地测量不具有方位的侧向地层电阻率。在测量过程中，两个信号发射部的作用可以互换，这样也就等价于聚焦补偿，从而有助于提高信噪比。这种测量方式虽然没有方位分辨率，但是其测量的是整个钻铤上的电流，因此其信号强度以及信噪比也就更高。
当然，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，该非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置所包含多对信号发射部，通过这些设置在钻铤轴向的不同位置处且相对于信号测量部对称分布的信号发射部，非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置能够获得多个不同深度的探测结果，这样也就为探究不同深度地层对测量结果的影响提供了方便，而获取不同深度的地层信息也可以为判断地层结构或性质提供了依据。
本实施例中，第一信号发射部102a与第二信号发射部102b的结构相同，为了更加清楚地说明本实施例所提供的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置的工作原理以及优点，以下以第一信号发射部102a为例来作进一步地阐述。
具体地，本实施例中，第一信号发射部102a优选地包括发射线圈401和线圈保护罩。其中，发射线圈401优选地设置在钻铤外壁所形成的发射线圈凹槽中，其用于向地层输出测量电流信号。线圈保护罩用于遮盖发射线圈凹槽，这样也就可以实现对发射线圈401的保护。
具体地，线圈保护罩优选地包括沿钻铤轴向紧邻设置的结构强度保护罩402和绝缘保护带403，其中，绝缘保护带设置在远离信号测量部的一侧。结构强度保护罩402优选地为金属保护罩，其主要用于保护内部的发射线圈401及其相应的附件，同时其还能够起到耐磨的保护作用。本实施例中，线圈保护罩402优选地采用无磁钢P550制造。
需要指出的是，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，线圈保护罩402还可以采用其他合理材料来实现，本发明不限于此。
如图6所示，本实施例中，绝缘保护带403与结构强度保护罩402紧邻设置并设置在远离信号测量部101的一侧，其能够实现自身两侧的信号发射部与钻铤的电隔离。
具体地，绝缘保护带403有助于使得电流耦合进入地层之中。本实施例中，由于该装置是随钻测量仪器，因此整个探测器优选地基于金属钻铤而设计，钻铤的典型的外径尺寸是4.5-8.5in，典型材料为无磁钻铤材料P550等。如果没有绝缘保护带403，那么发射线圈401外部的钻铤404的外壁将会构成次级回路，从而将电流短路导通，这样也就使得测量电流无法进入地层。在本发明的不同实施例中，绝缘保护带403可以采用PEEK、玻璃钢或工业陶瓷等具有绝缘特性的材料制作而成。
如图6所示，本实施例中，可选地，该非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置还包括两个耐磨带(即第一耐磨带405和第二耐磨带406)。其中，第一耐磨带405和第二耐磨带406分别设置在第一信号发射部102a远离信号测量部101的一侧以及第二信号发射部102b远离信号测量部101的一侧，其能够减小信号测量部以及各个信号发射部的磨损，从而提高装置的耐久性。
本实施例中，各个信号发射部、信号测量部以及耐磨带的内部均形成有流道407，从而使得钻井液能够通过流道407进行流通。
如图6所示，本实施例中，信号测量部101优选地包括多个信号测量电极组件，这些信号测量电极组件分别设置在钻铤外壁凸出的稳定器上。具体地，测量电极组件优选地包括测量电极409以及绝缘带410。其中，测量电极409嵌套在绝缘带410内，绝缘带401能够实现测量电极409与钻铤404之间的电隔离。
需要指出的是，稳定器与钻铤的材料优选地一致，在本发明的不同实施例中，稳定器既可以是与钻铤既一体加工成型的，也可以是单独的配件。稳定器的外表面优选地可采用激光涂覆、镶嵌合金块等方式来提高耐磨性。当然，在本发明的其他实施例中，钻铤外壁还可以不设置稳定器，信号测量电极组件可以直接设置在钻铤外壁上。
本实施例中，各个信号测量电极组件的结构相同，因此为了描述的方便，以下以其中一个测量电极组件为例来做进一步地说明。图7示出了本实施例中测量电极组件的机构示意图。
如图7所示，本实施例中，信号测量电极组件设置在分布于钻铤外壁的第一凹槽中。其中，第一凹槽优选地包括第一凹槽组成部501以及第二凹槽组成部502，第一凹槽组成部501较第二凹槽组成部502更加靠近钻铤外壁且其内径大于第二凹槽组成部502的内径。
本实施例中，信号测量电极优选地包括：测量电极409、绝缘带410以及电极外壳503。其中，电极外壳503设置在第一凹槽中并且其下端延伸到第二凹槽组成部502中。具体地，电极外壳503的外壁沿周向形成有若干密封凹槽，电极外壳503可以通过设置在密封凹槽中的第一密封圈504来实现自身与第二凹槽组成部502的内部紧密贴合，上述密封圈能够起到隔绝压力的保护作用。
由于钻铤上成等势面，因此测量电极409的直径的大小决定了可检测电流的大小。本实施例中，测量电极409优选地采用纽扣封装方式来实现。其中，纽扣越小，装置的分辨率也就越高，同时检测难度也越大。本实施例中，测量电极409的纽扣直径优选地为5mm～50mm。当然，在本发明的其他实施例中，测量电极409还可以采用其他合理的几何尺寸，本发明不限于此。
如图7所示，绝缘带410嵌入在电极外壳503内，同时，测量电极409嵌入在绝缘带410内，这样绝缘带410也就可以实现对电极外壳503与测量电极409的电隔离。
本实施例中，绝缘带410优选地采用耐高温复合绝缘材料制成，例如陶瓷或PEEK材料等。电极外壳503优选的采用圆柱形结构，其制作材料优选地为无磁钢合金材料。测量电极409优选地采用导电良好且耐磨的金属合金材料(例如铍铜合金、镍铜合金等)制成。
测量电极与绝缘带之间、绝缘带与电极外壳之间采用特殊工艺粘接而成，本实施例中，优选地采用低温玻璃封接工艺。在低温玻璃封接工艺中，低温玻璃粉、测量电极以及绝缘带的膨胀系数偏差可以小于10％，这样可以保证在井下高温情况下的密切连接。
当然，在本发明的其他实施例中，测量电极与绝缘带之间、绝缘带与电极外壳之间还可以根据实际情况采用其他合理的工艺来有效粘接。例如，在发明的一个实施例中，测量电极与绝缘带之间、绝缘带与电极外壳之间还以采用环氧胶粘接。
如图7所示，本实施例中，测量电极409优选地为外侧直径大(优选地为5mm～50mm)、内侧直径小(优选地为3mm～25mm)的T形结构，该结构能够有效提高测量电极409的抗压性。同时，绝缘带410的外侧优选地也呈T型结构。
本实施例中，第一凹槽组成部501中设置有用于限定信号测量电极组件的测量电极固定件505，测量电极固定件505上形成有圆孔以使得测量电极409与外界连通。
其中，测量电极固定件505优选地通过螺栓506来将测量电极固定件505固定在第一凹槽组成部501的表面。此外，测量电极固定件505的中心位置所形成的圆孔的直径优选地大于测量电极409的直径，这样该圆孔既能够避免测量电极固定件505与测量电极409接触，还能够使得测量电极409通过该圆孔与外界连通。
本实施例中，测量电极固定件505形成有径向突出部，径向突出部沿测量电极组件的径向向测量电极组件的中心延伸，从而实现对测量电极组件的限位。需要指出的是，根据实际需要，测量电极固定件505的径向突出部与测量电极组件之间还可以设置有调节件，该调节件能够调节测量电极固定件505与测量电极组件之间的高度匹配度，从而使得测量电极固定件505能够有效、可靠地对测量电极组件进行限位。
如图7所示，本实施例中，该非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置还包括电子线路筒507，电子线路筒507设置在钻铤内腔中。为了保证钻井液具有回流通路，电子线路筒507的中心位置沿自身轴向设置有用于输送钻井液的流道407。
本实施例中，电子线路筒507的外壁与钻铤内壁配合地形成有密封的电子仓。具体地，电子线路筒507的外壁优选地形成有第二凹槽508，第二凹槽508与钻铤内壁配合地形成用于设置数据采集电路、控制电路、数据存储电路以及通信电路等相关电路509的电子仓。其中，测量电极409的下方尾部向下延伸但不超过钻铤内径，至便于与内侧电子骨架上的电子线路连接为准。
为了实现对电子仓内电子器件的保护，本实施例中，电子线路筒507的外壁在电子仓两侧位置处沿周向还形成有若干密封凹槽。电子线路筒507通过安装在这些密封凹槽中的第二密封圈510来实现对电子仓的隔离保护。
当然，在本发明的其他实施例中，测量电极组件还可以采用其他合理的结构来实现。例如，在本发明的一个实施例中，测量电极组件还可以采用如图8或图9所示的结构来实现。
如图8所示，在该实施例中，相较于图7所示结构，该测量电极组件不再包含电极外壳503，绝缘带410与第二凹槽组成部502的内部紧密贴合。此外，可选地，绝缘带410的外壁沿周向形成有若干密封凹槽，其可以通过设置在密封凹槽中的第三密封圈511来进行压力隔绝。同时，可选地，测量电极409的外壁沿周向同样可以形成有若干密封凹槽，测量电极409可以通过设置在这些密封凹槽中的第四密封圈512来进行压力隔绝。
如图9所示，在该实施例中，相较于图7所示的结构，该测量电极组件同样不再包含电极外壳503，绝缘带410与第二凹槽组成部502的内壁紧密贴合。此时绝缘带410的外壁优选地构造为圆柱形。同时，为了实现压力的隔绝，第三密封圈511将会设置在绝缘带410的外壁周向分布的密封凹槽中。
本实施例中，该装置可以利用测量电极组件和信号发射部随着钻铤的自转来对地层进行扫描。同时，当钻铤不转动时，该装置可以通过分布在不同角度的测量电极组件来获得多个角度上的地层电阻率信息。此外，根据实际需要，该装置还可以将多个测量电极组件的检测数据进行组合，从而得到无方位的、高信号强度的侧向电阻率数据。
此外，需要指出的是，在本发明的其他实施例中，根据实际需要，非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置还可以沿钻铤轴向设置多个信号测量部，这样也就可以在一次测量过程过程中得到不同深度的地层信息。
从上述描述中可以看出，现有技术不能满足在不导电泥浆、油基泥浆条件下的随钻地层成像(例如地层电阻率的测量)的需求，本发明所提供的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置基于电容耦合原理来进行地层电阻率的测量。本装置将高频电磁波激励通过感应耦合方式穿过非导电泥浆传输到地层，将非导电泥浆与地层等效为一电容电阻形成的电路，同时探测求取得到结果后再分离得到地层电阻率，从而实现电阻率精确测量。因此相较于现有技术，本发明所提供的非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置能够适用于采用油基泥浆等导电性较差的条件下的地层电阻率检测，其能够为地质导向和后期开发提供井筒高清图像。
同时，该非导电泥浆随钻电阻率成像测量装置中测量电极的封装方式能够进一步提高装置的可靠性，同时信号发射部利用线圈保护罩改善了封装外层的应力特性，同样有助于提高了仪器的可靠性。
应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。
说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。
虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。